JP2018512835A - Method for operating an electrical circuit - Google Patents

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ハンディー,ピーター・ジェームス
ワイヤー,アンドリュー・ポール
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ジーイー・アビエイション・システムズ・エルエルシー
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Abstract

第1の導通モードおよび第2の非導通モードで動作するようにさらに構成されるスイッチと、コントローラとを含む、電源から電気負荷へ電力を制御可能に供給するための電気回路を動作させるための方法であって、該方法は、電源から電気負荷への電力の供給を停止するステップを含む。【選択図】図1For operating an electrical circuit for controllably supplying power from a power source to an electrical load, comprising: a switch further configured to operate in a first conduction mode and a second non-conduction mode; and a controller. A method, comprising the step of stopping the supply of power from a power source to an electrical load. [Selection] Figure 1

Description

本開示は、電気回路を動作させるための方法に関する。   The present disclosure relates to a method for operating an electrical circuit.

電気回路は、電気負荷を有効または無効にするなど、電気的な動作を制御するためのスイッチを有して構成され得る。例えば、スイッチは、スイッチが「閉じられて」電流がスイッチ入力からスイッチ出力へ伝えられる第1の動作モードと、スイッチが「開いて」電流がスイッチ入力とスイッチ出力との間で伝わることが防止される第2の動作モードとを切り換えるように制御可能にし得る。   The electrical circuit may be configured with a switch for controlling electrical operation, such as enabling or disabling an electrical load. For example, the switch prevents the first mode of operation in which the switch is “closed” and current is transferred from the switch input to the switch output, and the switch is “opened” and current is not transferred between the switch input and the switch output. The second operation mode can be controlled to be switched.

閉状態から開状態へ切り換わるなどの切り換え動作中に、電流の中断が過渡的な電気的特性(すなわち、通常の動作レベルを超える突然の高い電圧スパイクおよび高い電流スパイク)をもたらす可能性がある。一般に、過渡抑制デバイスは、過渡的な特性に起因する想定し得る損傷から電気回路を保護するために、過渡的な電気的特性を吸収するように構成され得る。   During a switching operation, such as switching from a closed state to an open state, current interruption can result in transient electrical characteristics (ie, sudden high voltage spikes and high current spikes above normal operating levels). . In general, transient suppression devices can be configured to absorb transient electrical characteristics to protect the electrical circuit from possible damage due to the transient characteristics.

欧州特許第1050967号European Patent No. 1,050,967

1つの態様において、電気回路を動作させるための方法は、固体電力制御装置により、コントローラから制御信号を受信するステップと、制御信号の受信に応じて、制御信号に少なくとも部分的に基づき、第1の導通モードと第2の非導通モードとの間で固体電力制御装置スイッチトグルを所定のスイッチング時間内で切り換えるステップとを含む。第1のモードと第2のモードとの間で切り換えるステップは、所定のスイッチング時間よりも長い期間にわたって行なわれる。   In one aspect, a method for operating an electrical circuit includes: receiving a control signal from a controller by a solid state power controller; and at least partially based on the control signal in response to receiving the control signal, Switching the solid state power controller switch toggle between a conduction mode and a second non-conduction mode within a predetermined switching time. The step of switching between the first mode and the second mode is performed over a period longer than a predetermined switching time.

他の態様において、電気回路を動作させるための方法は、コントローラから、所定のスイッチング時間中に、第1の導通モードと第2の非導通モードとの間を切り換える固体電力制御装置トグルへ制御信号を供給するステップと、第1のモードと第2のモードとの間でスイッチングするために、制御信号に少なくとも部分的に基づいて、固体電力制御装置トグルを切り替えるステップとを含む。第1のモードと第2のモードとの間で切り換えるステップは、所定のスイッチング時間よりも長い期間にわたって行なわれる。   In another aspect, a method for operating an electrical circuit includes a control signal from a controller to a solid state power controller toggle that switches between a first conduction mode and a second non-conduction mode during a predetermined switching time. And switching a solid state power controller toggle based at least in part on the control signal to switch between the first mode and the second mode. The step of switching between the first mode and the second mode is performed over a period longer than a predetermined switching time.

更なる他の態様において、電気回路を動作させるための制御システムは、第1の導通モードおよび第2の非導通モードで動作するように構成されるスイッチを有するとともに、電源を電気負荷に結合する固体電力制御装置と、コントローラとを含み、コントローラは、固体電力制御装置の温度を決定するように構成される温度構成要素と、固体電力制御装置のための動作基準の組を決定するように構成される基準構成要素と、温度構成要素および基準構成要素に少なくとも部分的に基づいて、固体電力制御装置のスイッチを切り換えるためのタイミング値を決定するように構成されるタイミング構成要素とを含む。   In yet another aspect, a control system for operating an electrical circuit has a switch configured to operate in a first conduction mode and a second non-conduction mode and couples a power source to an electrical load. A solid state power controller and a controller, the controller configured to determine a set of temperature components configured to determine a temperature of the solid state power controller and an operating reference for the solid state power controller And a timing component configured to determine a timing value for switching the switch of the solid state power controller based at least in part on the temperature component and the reference component.

配電システムの概略回路図である。It is a schematic circuit diagram of a power distribution system. 配電システムを動作させる方法の応答を示す一連のグラフである。Figure 6 is a series of graphs showing the response of a method of operating a power distribution system. 配電システムを動作させる方法を示すフローチャートである。3 is a flowchart illustrating a method for operating a power distribution system. 本発明の第2の実施形態に係る配電システムのためのコントローラである。It is a controller for the power distribution system which concerns on the 2nd Embodiment of this invention.

本発明の説明される実施形態は、例えば航空機で使用され得る配電システムなどの電気回路に関する。この説明は、主に航空機用の配電システムに向けられるが、電気信号を供給源から送信先へと配信するためのスイッチング可能な伝導系を有する電気回路を使用する任意の環境にも当てはまる。   The described embodiments of the invention relate to electrical circuits such as power distribution systems that may be used, for example, in aircraft. Although this description is primarily directed to aircraft power distribution systems, it also applies to any environment that uses an electrical circuit having a switchable conductive system for delivering electrical signals from a source to a destination.

図1は、発電機12として示される電源、固体スイッチまたは固体電力制御装置(SSPC)14などの電気スイッチ、および、電気負荷16を備える航空機における典型的な配電システム10などの電気回路の典型的な概略回路図を示す。発電機12およびSSPC14は、固有の電気的特性、例えば第1のインダクタンス20および第1の抵抗22を有する第1の送信配線18などの上流側相互接続部によって電気的に結合される。SSPC14および電気負荷16も同様に、固有の電気的特性、例えば同様に第2のインダクタンス26および第2の抵抗28を有する第2の送信配線24などの下流側相互接続部によって電気的に結合される。送信配線18、24が記載されるが、任意の適した導電性相互接続部を利用して、発電機12、SSPC14、および、電気負荷16を結合できる。適した導電性相互接続部の非限定的な例としては、ケーブル、ケーブル接合部、または、バスバーを挙げることができる。   FIG. 1 is a schematic of an electrical circuit, such as a typical power distribution system 10 in an aircraft with a power source, shown as a generator 12, an electrical switch such as a solid state switch or solid state power controller (SSPC) 14, and an electrical load 16. A schematic circuit diagram is shown. The generator 12 and the SSPC 14 are electrically coupled by an upstream interconnect such as a first transmission line 18 having inherent electrical characteristics, eg, a first inductance 20 and a first resistance 22. The SSPC 14 and the electrical load 16 are similarly electrically coupled by a downstream interconnect such as a second transmission line 24 having inherent electrical characteristics, eg, a second inductance 26 and a second resistor 28 as well. The Although transmission wiring 18, 24 is described, any suitable conductive interconnect can be utilized to couple generator 12, SSPC 14, and electrical load 16. Non-limiting examples of suitable conductive interconnects can include cables, cable joints, or bus bars.

SSPC14の1つの例は、シリコンカーバイド(SiC)系または窒化ガリウム(GaN)系のワイドバンドギャップ電源スイッチを備えることができる。SiCまたはGaNは、それらの固体材料構成、大きな電力レベルをより小さくより軽い形状因子で扱うことができるそれらの能力、および、電気的な動作を非常に迅速に果たすことができるそれらの高速スイッチング能力に基づいて選択され得る。SSPC14の他の例は、高速スイッチングも行なうことができる金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)などの更なるシリコン系電源スイッチを備えることができる。   One example of the SSPC 14 may comprise a silicon carbide (SiC) -based or gallium nitride (GaN) -based wide bandgap power switch. SiC or GaN have their solid material composition, their ability to handle large power levels with smaller and lighter form factors, and their fast switching ability to perform electrical operations very quickly Can be selected. Other examples of SSPC 14 may include additional silicon-based power switches such as metal oxide semiconductor field effect transistors (MOSFETs) that can also perform high speed switching.

SSPC14は、スイッチング構成要素30、スイッチング構成要素30を跨いで構成される過渡抑制デバイス、および、コントローラ34を含むことができる。過渡抑制デバイスは、過渡電圧サプレッサ(TVS)32、トランソーブ、または、金属酸化物バリスタ(MOV)デバイスを含むことができるが、これらに限定されない。スイッチング構成要素30は、制御可能に動作できる、または、制御信号に応じて第1の導通モードと第2の非導通モードとの間で制御可能に変化できるほぼ任意の構成要素を含むことができる。図示の例において、スイッチング構成要素30は、コントローラ34によって発生される制御信号38に応じて制御できる電圧制御電流源(VCCS)36をさらに含む。図示の例はコントローラ34をSSPC14の部分構成要素として例示するが、本発明の実施形態は、コントローラ34がSSPC14の外部にある例を含むことができ、また、SSPC14、スイッチング可能な構成要素30、または、VCCS36のうちの少なくとも1つに対して制御信号38を与えることができる。   The SSPC 14 can include a switching component 30, a transient suppression device configured across the switching component 30, and a controller 34. The transient suppression device can include, but is not limited to, a transient voltage suppressor (TVS) 32, a transorb, or a metal oxide varistor (MOV) device. The switching component 30 can include almost any component that can controllably operate or can controllably change between a first conduction mode and a second non-conduction mode in response to a control signal. . In the illustrated example, the switching component 30 further includes a voltage controlled current source (VCCS) 36 that can be controlled in response to a control signal 38 generated by the controller 34. Although the illustrated example illustrates the controller 34 as a partial component of the SSPC 14, embodiments of the present invention can include examples where the controller 34 is external to the SSPC 14, and the SSPC 14, the switchable component 30, Alternatively, the control signal 38 can be provided to at least one of the VCCSs 36.

SSPC14は、スイッチング構成要素30またはTVS32のうちの少なくとも一方と関連する温度値を検出、測定、あるいはさもなければ、決定する温度センサ40を含むことができる。例えば、温度値は、スイッチング構成要素30またはTVS32の実際の温度を含むことができる。これに加えてまたは代えて、温度値は、SSPC14またはコントローラ34の温度を示すまたは該温度に関連する値を含むことができる。温度センサ40をコントローラ34と通信可能に結合させることができる。温度センサ40は、コントローラ34などの更なる構成要素に対して温度値を(それぞれの電流特性または電圧特性として)送信、表示、あるいはさもなければ、供給することができ、また、コントローラ34は、特性に関して処理を行なって、例えば、温度または温度値の変化を決定する。これに加えて、またはこれに代えて、温度センサ40をコントローラ34と一体化することができる。本明細書中では、温度値を決定する非限定的な例が図4に関連して説明される。   The SSPC 14 may include a temperature sensor 40 that detects, measures, or otherwise determines a temperature value associated with at least one of the switching component 30 or the TVS 32. For example, the temperature value can include the actual temperature of the switching component 30 or TVS 32. In addition or alternatively, the temperature value may include a value indicative of or related to the temperature of the SSPC 14 or the controller 34. The temperature sensor 40 can be communicatively coupled to the controller 34. The temperature sensor 40 can transmit, display, or otherwise provide a temperature value (as a respective current characteristic or voltage characteristic) to additional components, such as the controller 34, A process is performed on the characteristics to determine, for example, a change in temperature or temperature value. In addition to or instead of this, the temperature sensor 40 can be integrated with the controller 34. Herein, a non-limiting example of determining the temperature value is described in connection with FIG.

図1は、以後の図で明らかにされる配電システム10の幾つかの電気的特性をさらに例示する。例示される電気的特性は、TVS42を通る電流、VCCS44を通る電流、TVSおよびVCCS48の全体にわたる電圧降下を含む。   FIG. 1 further illustrates some of the electrical characteristics of the power distribution system 10 that will be revealed in subsequent figures. Exemplary electrical characteristics include current through TVS 42, current through VCCS 44, voltage drop across TVS and VCCS 48.

VCCS36は、例えば、VCCS36が実質的にバイナリ態様で動作するように、制御信号38に基づいてスイッチを動作させる、変化させる、あるいはさもなければ、制御することができ、この場合、第1の導通モードは、SSPC14またはVCCS36を通じた電流の制約されない導通を可能にし、第2の非導通モードは、SSPC14またはVCCS36を通じた電流の導通を妨げる。この場合、VCCS36は、非常に短い所定のスイッチング時間にわたって第1および第2のモード間を切り換えることができる。所定のスイッチング時間は、例えば、デバイスの最小スイッチング時間に基づくことができる。例えば、最小スイッチング時間は10ナノ秒程度となり得る。   The VCCS 36 can, for example, operate, change, or otherwise control the switch based on the control signal 38 such that the VCCS 36 operates in a substantially binary manner, in which case the first conduction The mode allows unconstrained conduction of current through SSPC 14 or VCCS 36, and the second non-conducting mode prevents conduction of current through SSPC 14 or VCCS 36. In this case, the VCCS 36 can switch between the first and second modes over a very short predetermined switching time. The predetermined switching time can be based, for example, on the minimum switching time of the device. For example, the minimum switching time can be on the order of 10 nanoseconds.

更なる例として、VCCS36は、VCCS36が制御可能に調整される態様で動作するように、制御信号38に基づいてスイッチをさらに動作させる、変化させる、あるいはさもなければ、制御することができる。例えば、第1の導通モードは、電流導通のレベルを所定の期間にわたって様々な導通モードで変えることを可能にし得る。様々な導通モードは、SSPC14またはVCCS36を通じた電流導通のレベルが制御信号38に比例し得るように線形な導通モードを含むことができる。これに加えて、またはこれに代えて、様々な導通モードは所定の導通スキーマを含む。例えば、所定の導通スキーマは、非線形導通モード、段階的導通モード、例えば逓減的導通モード、または、スキーマの任意の組み合わせを含むことができる。この例において、第1の導通モードから第2の非導通モードへの切り換えは、前述した所定のスイッチング時間(例えば、10マイクロ秒)よりも長い期間にわたってSSPC14またはVCCS36を通じた電流導通を制御可能に下げることができる。加えて、第2のモードから第1のモードへの切り換えは、制御信号38に基づくことができ、または、所定の導通スキーマに基づくことができる。更なる様々な導通モードは、例えば、上昇または下降する幾何学的な導通モードを含むことができる。   As a further example, the VCCS 36 may further operate, change, or otherwise control the switch based on the control signal 38 so that the VCCS 36 operates in a manner that is controllably adjusted. For example, the first conduction mode may allow the level of current conduction to be changed in various conduction modes over a predetermined period. The various conduction modes can include linear conduction modes such that the level of current conduction through SSPC 14 or VCCS 36 can be proportional to control signal 38. In addition or alternatively, the various conduction modes include a predetermined conduction scheme. For example, the predetermined conduction scheme may include a non-linear conduction mode, a stepped conduction mode, such as a decreasing conduction mode, or any combination of schemas. In this example, switching from the first conduction mode to the second non-conduction mode allows the current conduction through the SSPC 14 or the VCCS 36 to be controlled over a period longer than the predetermined switching time described above (eg, 10 microseconds). Can be lowered. In addition, switching from the second mode to the first mode can be based on the control signal 38 or can be based on a predetermined conduction scheme. Further various conduction modes can include, for example, rising or falling geometric conduction modes.

コントローラ34の例は、汎用または専用のコンピュータまたはプロセッサを伴う他のマシンをさらに含むことができる。一般に、そのようなコンピュータプログラムは、特定のタスクを行なう技術的効果を有する、または、特定の抽象データタイプを実施するルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造、アルゴリズム等を含むことができる。マシン実行可能命令、関連するデータ構造、および、プログラムは、本明細書中に開示されるように情報のやりとりを実行するためのプログラムコードの例に相当する。マシン実行可能命令は、例えば、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、または、専用の処理マシンに特定の機能または一群の機能を果たさせる命令およびデータを含むことができる。本発明の実施形態は、導通アルゴリズム、パターン、または、制御可能なモードをコントローラ34のメモリまたはコントローラ34によりアクセスできる外部メモリに記憶できる例を含むことができる。メモリの例は、ランダムアクセスメモリ(RAM)、リードオンリーメモリ(ROM)、フラッシュメモリ、または、1つ以上の異なるタイプのポータブル電子メモリ、例えばディスク、DVD、CD−ROM等、あるいは、これらのタイプのメモリの任意の適した組み合わせを含むことができる。メモリは、導通アルゴリズム、パターン、または、制御可能なモードを決定するための実行可能な命令セットを有するコンピュータプログラムの全部または一部を含むことができる。   The example controller 34 may further include a general purpose or special purpose computer or other machine with a processor. In general, such computer programs may include routines, programs, objects, components, data structures, algorithms, etc. that have the technical effect of performing a particular task or that implement a particular abstract data type. Machine-executable instructions, associated data structures, and programs represent examples of program code for performing information exchange as disclosed herein. Machine-executable instructions can include, for example, instructions and data which cause a general purpose computer, special purpose computer, or special purpose processing machines to perform a certain function or group of functions. Embodiments of the invention can include examples where the continuity algorithm, pattern, or controllable mode can be stored in the memory of the controller 34 or an external memory accessible by the controller 34. Examples of memory include random access memory (RAM), read only memory (ROM), flash memory, or one or more different types of portable electronic memory, such as disk, DVD, CD-ROM, etc., or these types Any suitable combination of memories can be included. The memory can include all or part of a computer program having an executable instruction set for determining a conduction algorithm, pattern, or controllable mode.

例えば航空機の実施形態において、作動ガスタービンエンジンは、スプールを介して引き出され得る機械エネルギーを与えて、駆動力を発電機12にもたらすことができる。また、発電機12は、スイッチング構成要素30が閉じられる(すなわち、第1の導通モードにある)ときに、発生された電力を、該電力を電気負荷16に送出するSSPC14へそれぞれの送信配線18を介して供給する。配電システム10は、発電機12から電気負荷16への電力の供給の停止を示す制御信号38をコントローラ34からSSPC14、スイッチング構成要素30、または、VCCS36のうちの少なくとも1つへ与えることにより、スイッチをさらに動作させる、または、スイッチを第1の導通モードから第2の非導通モードへ変えることができる。制御信号38に応じて、スイッチング構成要素30は、電力の供給が止まるまで、第1の導通モードから第2の非導通モードへ制御可能に切り換わる。   For example, in an aircraft embodiment, a working gas turbine engine can provide mechanical energy that can be drawn through a spool to provide driving force to the generator 12. The generator 12 also transmits the generated power to the SSPC 14 that delivers the power to the electrical load 16 when the switching component 30 is closed (ie, in the first conduction mode), respectively. Supply through. The power distribution system 10 provides a control signal 38 that indicates a stop of power supply from the generator 12 to the electrical load 16 from the controller 34 to at least one of the SSPC 14, the switching component 30, or the VCCS 36. Can be further operated, or the switch can be changed from the first conduction mode to the second non-conduction mode. In response to the control signal 38, the switching component 30 switches controllably from the first conduction mode to the second non-conduction mode until the supply of power stops.

スイッチング構成要素30が例えば先の例の所定のスイッチング時間でほぼ瞬間的に開かれる(すなわち、第2の非導通モードに切り換えられる)と、配電システム10における電流の中断は、それぞれの第1および第2の送信配線18、22の第1および第2のインダクタンス20、26などの固有の電気的特性に起因して、配電システム10のSSPC14で過渡的な電気的特性(すなわち、通常の動作レベルを超える突然の高い電圧スパイクおよび高い電流スパイク)をもたらす。幾つかの電気システムまたは航空機配電システム10では、送信配線18、22が数マイルの長さになることができ、これは、かなりのインダクタンス20、26をもたらし、その結果、所定のスイッチング時間などの非常に短い期間にわたるほぼ瞬間的なスイッチング中にSSPC14でかなりの電気的過渡現象をもたらす。さらに、幾つかの配電システム10は、高い電圧レベル、例えば270VDCで、または、100アンペアなどの高い電流レベルで動作し、それにより、高レベルの電気的過渡現象がさらにもたらされる。例えば、第1および第2の送信配線18、24に蓄えられるエネルギーが数十ジュール程度になることができ、それにより、本発明の実施形態において大きい過渡的な電気的特性がもたらされる。   When the switching component 30 is opened almost instantaneously (ie, switched to the second non-conducting mode), for example at the predetermined switching time of the previous example, the interruption of current in the power distribution system 10 is the respective first and Due to inherent electrical characteristics, such as the first and second inductances 20, 26 of the second transmission wiring 18, 22, transient electrical characteristics (ie, normal operating levels) in the SSPC 14 of the power distribution system 10 Sudden high voltage spikes and high current spikes). In some electrical or aircraft power distribution systems 10, the transmission wires 18, 22 can be several miles long, which results in significant inductance 20, 26, such as a predetermined switching time, etc. The SSPC 14 causes significant electrical transients during near instantaneous switching over a very short period of time. In addition, some power distribution systems 10 operate at high voltage levels, such as 270 VDC, or at high current levels, such as 100 amps, thereby further providing high levels of electrical transients. For example, the energy stored in the first and second transmission wirings 18, 24 can be on the order of tens of joules, thereby providing large transient electrical characteristics in embodiments of the present invention.

ほぼ瞬間的に、例えば先の例の所定のスイッチング時間でスイッチング構成要素30が開かれる実施形態では、SSPC14またはスイッチング構成要素30を損傷させないように過渡的な電気的特性が主にTVS32の全体にわたって吸収されて消散される。過渡的な電気的特性は、一般に、TVS32の全体にわたって熱として放散され、この熱は、TVS32から例えばヒートシンクへ、または、対流によって外部環境へさらに放散され得る。したがって、この形態および動作は、1つの例では、600kWを上回る電力過渡現象および500アンペアを上回る電流過渡現象を扱うように構成される、より大きい、よりロバスト性が高い、または、より有能なTVS32を必要とする。電気的過渡現象の1つの例が記載されるが、それよりも高いおよび低い電圧過渡現象または電流過渡現象を含めることができ、そのような過渡現象は、電気回路の電気的特性に依存する。   Almost instantaneously, for example, in embodiments where the switching component 30 is opened at the predetermined switching time of the previous example, transient electrical characteristics are predominantly throughout the TVS 32 so as not to damage the SSPC 14 or the switching component 30. Absorbed and dissipated. Transient electrical characteristics are generally dissipated as heat throughout the TVS 32, which can be dissipated further from the TVS 32 to, for example, a heat sink or to the external environment by convection. Thus, this form and operation, in one example, is larger, more robust, or more capable configured to handle power transients greater than 600 kW and current transients greater than 500 amperes. Requires TVS32. One example of electrical transients is described, but higher and lower voltage transients or current transients can be included, and such transients depend on the electrical characteristics of the electrical circuit.

あるいは、所定のスイッチング時間よりも遅い期間にわたってスイッチング構成要素30が制御可能に開かれる(すなわち、第2の非導通モードへ切り換えられる)本発明の実施形態において、過渡的な電気的特性は、第1に、スイッチング構成要素30の電流導通が止められる時間を長くし、したがって、任意の所定の瞬間に所定期間中にわたって受けられる瞬間的な過渡現象を減少させることに起因して、また、第2に、TVS32およびスイッチング構成要素30またはSSPC14の両方にわたって受けられる過渡現象を吸収することによって減少される。この例において、過渡現象は、一般に、TVS32およびスイッチング構成要素30またはSSPC14の両方の全体にわたって熱として放散され、この熱は、構成要素32、30、14から例えばヒートシンクへ、または、対流によって外部環境へさらに放散され得る。TVS32およびスイッチング構成要素30またはSSPC14の両方にわたって受けられる過渡現象を吸収することにより、TVS32は、先に説明されたと同様の例では、350kW未満のより小さい電力過渡現象および350アンペア未満の電流過渡現象を扱うべく、より小さくなる、よりロバスト性が低くなる、または、より能力が低くなるように構成され得る。   Alternatively, in an embodiment of the invention in which the switching component 30 is controllably opened (ie, switched to the second non-conducting mode) for a period later than a predetermined switching time, the transient electrical characteristic is First, due to increasing the time during which the current conduction of the switching component 30 is turned off, thus reducing the instantaneous transients that are experienced over a period of time at any given moment, and second First, it is reduced by absorbing transients experienced across both TVS 32 and switching component 30 or SSPC 14. In this example, the transient is generally dissipated as heat throughout both the TVS 32 and the switching component 30 or SSPC 14, which heat is transmitted from the component 32, 30, 14 to, for example, a heat sink or by convection to the external environment. Can be further dissipated. By absorbing transients received across both TVS 32 and switching component 30 or SSPC 14, TVS 32, in a similar example as previously described, has smaller power transients of less than 350 kW and current transients of less than 350 amperes. Can be configured to be smaller, less robust, or less capable.

図2は、先に説明された第1および第2の例の両方の動作を示す時間が揃えられた多くの電気応答グラフを例示する。図2において、第1のグラフ50は、VCCS44を通る電流(I_SWで示されて、アンペアを単位として測定される)を示し、第2のグラフ52は、TVS42を通る電流(I_TVSで示されて、アンペアを単位として測定される)を示し、第3のグラフ54は、VCCS36で損なわれる電力(P_VCCSで示されて、kWを単にとして測定される)を示し、第4のグラフ70は、TVSにおけるワット損(P_TVSで示されて、kWを単にとして測定される)を示し、第5のグラフ72は、SSPC14またはスイッチング構成要素30の対応する温度プロファイル74(T_SSPCとして示されて、摂氏温度として測定される)を示し、また、第6のグラフ76は、方法中にTVS32に印加される電気的ストレスに起因する、スイッチング構成要素30の両端間で測定されるクランプ電圧(V_SWで示されて、kVを単にとして測定される)を示す。スイッチング構成要素30が例えば所定のスイッチング時間でほぼ瞬間的に開かれる先の第1の例は、第1の信号56として示されており、一方、所定のスイッチング時間よりも遅い期間にわたってスイッチング構成要素30が制御可能に開かれる先の第2の例は、第2の信号58として示されている。   FIG. 2 illustrates a number of time-aligned electrical response graphs illustrating the operation of both the first and second examples described above. In FIG. 2, the first graph 50 shows the current through the VCCS 44 (indicated by I_SW and measured in amperes) and the second graph 52 has the current through the TVS 42 (indicated by I_TVS). , Measured in amperes), the third graph 54 shows the power lost in VCCS 36 (indicated by P_VCCS and measured simply as kW), and the fourth graph 70 shows TVS And the fifth graph 72 shows the corresponding temperature profile 74 of SSPC 14 or switching component 30 (shown as T_SSPC, in degrees Celsius). And the sixth graph 76 is due to electrical stress applied to the TVS 32 during the method. That, (indicated by V_SW, simply be measured as the kV) clamping the voltage measured across the switching element 30 shows the. A first example where the switching component 30 is opened almost instantaneously, for example at a predetermined switching time, is shown as the first signal 56, while the switching component 30 is over a period later than the predetermined switching time. A second example where 30 is controllably opened is shown as second signal 58.

図示のように、方法60の初めに、スイッチング構成要素30が閉じられるとともに、スイッチング構成要素30は、600アンペアよりも多くの電流を発電機12から電気負荷16へと導通している。第2の時間62において、コントローラ34は、発電機12から電気負荷16への電力供給の停止を示す制御信号38をSSPC14へ供給し、また、VCCS36は、第1の導通モードから第2の非導通モードへ切り換わることによって応答する。   As shown, at the beginning of method 60, switching component 30 is closed and switching component 30 conducts more current than 600 amperes from generator 12 to electrical load 16. At the second time 62, the controller 34 supplies a control signal 38 indicating that the power supply from the generator 12 to the electric load 16 is stopped to the SSPC 14, and the VCCS 36 performs the second non-operation from the first conduction mode. Responds by switching to conduction mode.

第1のグラフ50の第1の信号56に示されるように、VCCS電流44がほぼ瞬間的に停止され64、一方、第2のグラフ52の第1の信号56は、経時的に消散する第2の時間62に対応するTVS電流42における過渡的な電気的特性またはスパイクを示す。第3のグラフ54の第1の信号56は、第2の時間62に対応するVCCS36の電力における一時的な過渡現象が存在する一方で、VCCS36が開かれ、したがって導通しなくなるにつれて、過渡現象が急速に排除されることを示す。   As indicated by the first signal 56 of the first graph 50, the VCCS current 44 is stopped almost instantaneously 64, while the first signal 56 of the second graph 52 dissipates over time. A transient electrical characteristic or spike in the TVS current 42 corresponding to a time 62 of 2 is shown. The first signal 56 of the third graph 54 has transients in the power of the VCCS 36 corresponding to the second time 62 while the VCCS 36 is opened and therefore no longer conducts. Indicates that it is eliminated rapidly.

第1の信号56の応答の例と第2の信号58の応答の例とを比較されたい。第2の時間62において、VCCS36は、電力の供給が停止されるまで、所定のスイッチング時間よりも遅い期間66にわたって第1の導通モードから第2の非導通モードへ切り換わるように制御可能に動作される。第1のグラフ50の第2の信号58に示されるように、VCCS電流44は、期間66にわたって直線的に減少される。先に説明されたように、直線的に減少する導通モードが示されるが、本発明の実施形態では、更なる様々な導通モードを含めることができる。   Compare the example response of the first signal 56 with the example response of the second signal 58. In the second time 62, the VCCS 36 is controllably operated to switch from the first conduction mode to the second non-conduction mode over a period 66 that is slower than the predetermined switching time until the supply of power is stopped. Is done. As shown in the second signal 58 of the first graph 50, the VCCS current 44 is decreased linearly over the period 66. As described above, a linearly decreasing conduction mode is shown, but embodiments of the present invention can include a variety of additional conduction modes.

VCCS電流44は所定期間にわたって減少するが、VCCS36の電力は、第3のグラフ54に示されるように、最初に、システム10におけるより小さい電気的過渡現象に応じて上昇し、その後、スイッチング構成要素30が非導通モードで完全に開かれるまで減少する。この同じ期間中に、TVS電流42は、第2のグラフ52に示されるように、VCCS電流44の量が減少されるにつれて、期間66にわたって上昇する。この期間66中、VCCS36およびTVS32の両方は、配電システム10の変化する送電により引き起こされる電気的過渡現象を吸収して消散している。期間66の終了時、過渡現象が消失してしまう時間68まで消散するTVS電流42を第2のグラフ52が示すように、残存する全ての電気的過渡現象特性はTVS32のみによって吸収されて消散されている。   While the VCCS current 44 decreases over a period of time, the power of the VCCS 36 first rises in response to smaller electrical transients in the system 10, as shown in the third graph 54, after which the switching components Decrease until 30 is fully opened in non-conducting mode. During this same period, the TVS current 42 rises over a period 66 as the amount of VCCS current 44 is reduced, as shown in the second graph 52. During this period 66, both VCCS 36 and TVS 32 absorb and dissipate electrical transients caused by the changing power transmission of distribution system 10. At the end of period 66, as the second graph 52 shows the TVS current 42 dissipating until the time 68 when the transient disappears, all remaining electrical transient characteristics are absorbed and dissipated only by the TVS 32. ing.

第4のグラフ70の第1の信号56に示されるように、TVSワット損は、スイッチング構成要素30が第1の導通状態から第2の非導通状態へ切り換わる第2の時間62に対応する瞬間におけるTVS電力における過渡現象を示し、この場合、過渡的な電気的特性の殆どの部分は、TVS32によって吸収されて、経時的に熱として放散される。逆に、第2の信号58に示されるように、第4のグラフ70に示されるTVSワット損は、期間66にわたって上昇する。これは、同じ期間66中に(対応する第3のグラフ54に示されるように)VCCS36で損なわれる電力の量が減少されるからである。期間66の終了時、過渡現象が消失してしまう時間68までTVSワット損42の減少を第4のグラフ70が示すように、残存する全ての過渡的な電気的特性はTVS32のみによって吸収されて消散されている。   As shown in the first signal 56 of the fourth graph 70, the TVS power dissipation corresponds to a second time 62 when the switching component 30 switches from the first conducting state to the second non-conducting state. Shows transients in the instantaneous TVS power, where most of the transient electrical characteristics are absorbed by the TVS 32 and dissipated as heat over time. Conversely, as shown in the second signal 58, the TVS power dissipation shown in the fourth graph 70 increases over a period 66. This is because the amount of power lost in the VCCS 36 during the same period 66 (as shown in the corresponding third graph 54) is reduced. At the end of period 66, all remaining transient electrical characteristics are absorbed only by TVS 32, as fourth graph 70 shows a decrease in TVS power dissipation 42 until time 68 when the transient disappears. Dissipated.

第5のグラフ72は、第2の動作の例中にわたるSSPC14の温度プロファイル74の1つの例を示し、この場合、所定のスイッチング時間よりも遅い期間にわたってスイッチング構成要素30が制御可能に開かれる。第2の信号58により示されるように、SSPC14における温度増大は第2の時間62に対応する。これは、過渡的な電気的特性の一部がSSPC14によって吸収されて、主に熱として放散されるからである。期間66の一部の後、過渡的な電気的特性が最小限に抑えられ、また、SSPC14の温度が降下し始める。これは、例えば、ヒートシンク、外部環境への対流、または、他の放散方法によって熱がSSPC14からさらに放散されるからである。   The fifth graph 72 shows one example of the temperature profile 74 of the SSPC 14 over the second example of operation, where the switching component 30 is controllably opened over a period that is slower than a predetermined switching time. As indicated by the second signal 58, the temperature increase in the SSPC 14 corresponds to the second time 62. This is because some of the transient electrical characteristics are absorbed by the SSPC 14 and dissipated primarily as heat. After a portion of period 66, transient electrical characteristics are minimized and the temperature of SSPC 14 begins to drop. This is because heat is further dissipated from the SSPC 14 by, for example, a heat sink, convection to the external environment, or other dissipative methods.

第6のグラフ76は、方法中にTVS32に印加される電気的ストレスに起因するスイッチング構成要素30の両端間で測定されるクランプ電圧の1つの例を示す。第1の信号56に示されるように、ほぼ瞬間的なスイッチング過渡的特性に起因して高レベルの電気的ストレス(kVで示される)がTVS32の全体にわたって印加される。逆に、第2の信号58に示されるように、本開示の実施形態にしたがって、より長い期間にわたってストレスを印加することにより、TVS32が減少されたストレスを受け、その結果、スイッチング動作中に、より小さいピーククランプ電圧が生じる。より小さいピーククランプ電圧は、TVS32の配線における任意の寄生インダクタンスの影響をさらに最小にし得る。   The sixth graph 76 shows one example of the clamp voltage measured across the switching component 30 due to electrical stress applied to the TVS 32 during the method. As shown in the first signal 56, a high level of electrical stress (indicated in kV) is applied across the TVS 32 due to the almost instantaneous switching transient characteristics. Conversely, as shown in the second signal 58, the TVS 32 is subjected to reduced stress by applying stress over a longer period in accordance with an embodiment of the present disclosure, so that during switching operations, A smaller peak clamp voltage results. The smaller peak clamp voltage may further minimize the effects of any parasitic inductance in the TVS 32 wiring.

本発明の実施形態は、SSPC14、TVS32、または、様々な導通モード、パターン、あるいは、スキーマの形態を含むことができ、この場合、その形態は、期間66中または導通モードから非導通モードへの繰り返される切り換え中にSSPC14の予期される、推定される、または、実際の温度プロファイルが前述の構成要素14、32のうちの1つ以上における熱障害閾値を満たさないまたは超えないように選択され得る。例えば、発電機12から電気負荷16への電力を制御可能に供給または中断する方法は、SSPC14またはTVS32のうちの少なくとも一方における熱の放散により発生される推定熱量と、SSPC14またはTVS32のうちの少なくとも一方による放熱の推定比率または実際の比率とに少なくとも部分的に基づいて、様々な導通モード、パターン、アルゴリズム、または、期間66を調整または計算することをさらに含むことができる。この例において、温度センサ40は、SSPC14またはTVS32へのあるいはSSPC14またはTVS32からの放熱を示す測定値、推定値、または、信号を供給できる。そのような実施形態において、コントローラ34は、計算されたまたは推定された期間66を示す制御信号38をSSPC14またはスイッチング構成要素30のうちの少なくとも一方に対して制御可能に与えることができる。   Embodiments of the present invention can include SSPC 14, TVS 32, or forms of various conduction modes, patterns, or schemas, where the form is from period 66 or from conduction mode to non-conduction mode. The SSPC 14 expected, estimated, or actual temperature profile may be selected so that it does not meet or exceed the thermal failure threshold in one or more of the aforementioned components 14, 32 during repeated switching. . For example, a method for controllably supplying or interrupting power from the generator 12 to the electrical load 16 includes an estimated amount of heat generated by heat dissipation in at least one of the SSPC 14 or TVS 32 and at least one of the SSPC 14 or TVS 32. It may further include adjusting or calculating various conduction modes, patterns, algorithms, or time periods 66 based at least in part on the estimated or actual ratio of heat dissipation by one side. In this example, the temperature sensor 40 can provide a measurement, estimate, or signal indicative of heat dissipation to or from the SSPC 14 or TVS 32. In such embodiments, the controller 34 can controllably provide a control signal 38 indicative of the calculated or estimated period 66 to at least one of the SSPC 14 or the switching component 30.

図3は、発電機12などの電源から電気負荷16へ電力を制御可能に供給するために電気回路を動作させるための方法100の非限定的な例を明らかにする。方法100は供給ステップ110から始まり、この供給ステップでは、コントローラ34が制御信号38をSSPC14またはスイッチング構成要素30のうちの少なくとも一方へ供給する。次は制御ステップ120であり、この制御ステップでは、コントローラ34が、少なくとも部分的に制御信号38に基づき、SSPC14またはスイッチング構成要素30のうちの少なくとも一方を作用可能に制御して、第1の導通モードから第2の非導通モードへ切り換える。1つの非限定的な例において、コントローラ34は、第1のモードから第2のモードへの切り換えに起因する放熱をさらに決定することに少なくとも部分的に基づくことにより、例えば、SSPC14、スイッチング構成要素30、または、TVS32のうちの少なくとも1つに適用される過渡的な電気的特性に起因する放熱を決定することなどに少なくとも部分的に基づくことにより、SSPC14またはスイッチング構成要素30を制御するようにさらに動作し得る。   FIG. 3 reveals a non-limiting example of a method 100 for operating an electrical circuit to controllably supply power from a power source such as a generator 12 to an electrical load 16. The method 100 begins with a supply step 110 in which the controller 34 supplies a control signal 38 to at least one of the SSPC 14 or the switching component 30. Next is a control step 120 in which the controller 34 operatively controls at least one of the SSPC 14 or the switching component 30 based at least in part on the control signal 38 to provide a first conduction. Switch from mode to second non-conduction mode. In one non-limiting example, the controller 34 may be based at least in part on further determining heat dissipation due to switching from the first mode to the second mode, for example, SSPC 14, switching components 30 or to control SSPC 14 or switching component 30, such as at least in part, by determining heat dissipation due to transient electrical characteristics applied to at least one of TVS 32. It can operate further.

本発明の実施形態の他の非限定的な例において、コントローラ34は、放熱の決定に少なくとも部分的に基づいて、第1のモードから第2のモードへ切り換えるための期間を決定することによってSSPC14またはスイッチング構成要素30を制御するようにさらに動作し得る。さらにまた、期間の決定は、前述したように、それぞれの対応する構成要素ごとにSSPC14、スイッチング構成要素30、または、TVS32が熱障害閾値を満たすこと(すなわち、過熱)を防止することに少なくとも部分的に基づくことができる。また、期間の決定は、先にも説明されたTVS32に印加される所望のクランプ電圧に少なくとも部分的に基づくこともできる。最後に、切り換えステップ130では、制御信号38にしたがって所定期間にわたりSSPC14またはスイッチング構成要素30が第1の導通モードから第2の非導通モードへ切り換わる。   In another non-limiting example of an embodiment of the present invention, the controller 34 determines the time period for switching from the first mode to the second mode based at least in part on the determination of heat dissipation. Or it may be further operative to control the switching component 30. Furthermore, the determination of the period is at least partly to prevent SSPC 14, switching component 30, or TVS 32 for each corresponding component from meeting a thermal failure threshold (ie, overheating), as described above. Can be based on. The period determination can also be based at least in part on the desired clamp voltage applied to the TVS 32 previously described. Finally, in the switching step 130, the SSPC 14 or switching component 30 switches from the first conduction mode to the second non-conduction mode for a predetermined period according to the control signal 38.

描かれたシーケンスは、単なる例示目的にすぎず、方法の一部が異なる論理的順序で進行し得ること、付加的もしくは介在する部分を含めることができること、または、方法の記載された部分を複数の部分へ分けることができること、または、記載された方法を損なうことなく、方法の記載された部分を省くことができることが理解されるように、決して方法100を限定しようとするものではない。   The depicted sequence is for illustration purposes only, part of the method may proceed in a different logical order, may include additional or intervening parts, or multiple described parts of the method may be included. It is not intended to limit method 100 in any way, as it can be understood that the described portion of the method can be omitted without compromising the described method.

図4は、本発明の第2の実施形態に係る別のコントローラ234を示す。第2の実施形態は、第1の実施形態に類似しており、したがって、同様の部分は、200だけ増大される同様の数字を用いて特定され、この場合、別段に言及されなければ、第1の実施形態の同様の部分の説明が第2の実施形態に当てはまることが理解される。第1の実施形態と第2の実施形態との間の相違点は、コントローラ234が温度構成要素276、基準構成要素278、および、タイミング構成要素280をさらに含むことができるという点である。温度構成要素276は、SSPC14、スイッチング構成要素30、または、TVS32の温度を決定または推定するように構成され得る。本発明の1つの実施形態において、温度構成要素276は、温度センサ、所定の温度モデル、推定温度モデル、SSPC14、スイッチング構成要素30、または、TVS32の全体にわたる電流または電圧を検出または測定すること、あるいは、前述の例の任意の組み合わせを含むことができるが、これらに限定されない。   FIG. 4 shows another controller 234 according to the second embodiment of the present invention. The second embodiment is similar to the first embodiment, and therefore similar parts are identified using like numbers that are incremented by 200, in which case, unless otherwise mentioned, It will be understood that the description of similar parts of one embodiment applies to the second embodiment. The difference between the first embodiment and the second embodiment is that the controller 234 can further include a temperature component 276, a reference component 278, and a timing component 280. The temperature component 276 may be configured to determine or estimate the temperature of the SSPC 14, the switching component 30, or the TVS 32. In one embodiment of the invention, the temperature component 276 detects or measures a current or voltage across the temperature sensor, the predetermined temperature model, the estimated temperature model, the SSPC 14, the switching component 30, or the TVS 32; Alternatively, any combination of the foregoing examples can be included, but is not limited to these.

基準構成要素278は、SSPC14、スイッチング構成要素30、または、TVS32のための動作基準の組を決定または取得できる。SSPC14、スイッチング構成要素30、または、TVS32のための動作基準の例としては、スイッチング構成要素30のタイプ、それぞれの構成要素14、30、32の電力定格、熱障害閾値、TVS32の所望のクランプ電圧、それぞれの構成要素14、30、32の放熱率、またはそれぞれの構成要素14、30、32の発熱率を挙げることができるが、これらに限定されない。1つの例において、基準構成要素278は、それぞれの動作基準を値のデータベースまたはテーブルから取得できる。   The reference component 278 may determine or obtain a set of operational criteria for the SSPC 14, the switching component 30, or the TVS 32. Examples of operational criteria for SSPC 14, switching component 30, or TVS 32 include the type of switching component 30, the power rating of each component 14, 30, 32, the thermal failure threshold, and the desired clamp voltage of TVS 32. The heat dissipation rate of each component 14, 30, 32, or the heat generation rate of each component 14, 30, 32 can be mentioned, but is not limited thereto. In one example, the criteria component 278 can obtain respective operational criteria from a value database or table.

タイミング構成要素280は、SSPC14またはスイッチング構成要素30を第1の導通モードから第2の非導通モードへ切り換えるための期間を決定するように構成され得るとともに、その決定を温度構成要素276または基準構成要素278のうちの少なくとも一方に少なくとも部分的に基づかせることができる。例えば、タイミング構成要素280は、前述したような温度または基準の組に少なくとも基づいて、期間、タイミング設定点、または、タイミング値を生成できる。ある場合には、タイミング構成要素280は、温度構成要素276により決定されるTVS32の温度、推定される電気的な過渡的特性に晒されるときのTVS32における予期される発熱率、および、TVS32がTVS32の熱障害閾値に達することまたは熱障害閾値を超えることを防止する切り換え期間をもたらすためのTVS32の予期される放熱率を利用できる。SSPC14またはスイッチング構成要素30を切り換えるための期間を決定するための更なる考慮が本明細書中で記載されてきた。   Timing component 280 can be configured to determine a period for switching SSPC 14 or switching component 30 from the first conduction mode to the second non-conduction mode, and the determination can be made to temperature component 276 or the reference configuration. At least one of the elements 278 can be based at least in part. For example, the timing component 280 can generate a time period, timing set point, or timing value based at least on a temperature or reference set as described above. In some cases, the timing component 280 may determine the temperature of the TVS 32 as determined by the temperature component 276, the expected heat generation rate in the TVS 32 when exposed to the estimated electrical transient characteristics, and the TVS 32 is the TVS 32. The expected heat dissipation rate of the TVS 32 can be used to provide a switching period that prevents reaching or exceeding the thermal failure threshold. Additional considerations for determining the time period for switching the SSPC 14 or switching component 30 have been described herein.

先の図に示される実施形態および形態に加えて多くの他の想定し得る実施形態および形態が本開示によって考えられる。例えば、本発明の1つの実施形態は、スイッチング構成要素30を第1の導通状態から第2の非導通状態へ制御可能に動作させまたは切り換えてから第1の導通状態へ戻すための全期間が電気負荷16の電力中断リセット時間よりも短くなり得るようにすることを考える。加えて、多くの異なるインライン形態を実現できるように様々な構成要素の形態および配置を再編成することができる。   In addition to the embodiments and configurations shown in the previous figures, many other possible embodiments and configurations are contemplated by the present disclosure. For example, one embodiment of the present invention provides a total period for controllably operating or switching the switching component 30 from a first conducting state to a second non-conducting state and then returning to the first conducting state. Consider that the electric power load 16 can be shorter than the power interruption reset time. In addition, the configuration and arrangement of the various components can be rearranged so that many different inline configurations can be realized.

本明細書中に開示される実施形態は、電力を電源から固体電力制御装置を介して結合される電気負荷へ制御可能に供給するための電気回路を動作させるための方法を提供する。先の実施形態で実現され得る1つの利点は、前述の実施形態がスイッチング事象中に制御できる過渡的電気的特性管理で動作し得るという点である。過渡抑制デバイスは、物理的に大きく、高価であり、信頼できないデバイスである。したがって、スイッチング中にもたらされる過渡的な電気的特性を正確に制御することにより、過渡現象の影響を過渡抑制デバイスおよびSSPCの両方の間で共有でき、したがって、必要とされる過渡抑制デバイス定格を減らすことができ、または、ある場合には、必要とされる過渡抑制デバイス定格を完全に排除できる。より低い定格の過渡抑制デバイス、あるいは代わりに、過渡抑制デバイスを排除することは、従来のタイプのSSPC過渡的電気的特性管理システムと比べて重量要件およびサイズ要件を減らす。過渡抑制デバイスに印加されるストレスをさらに減らすこと、あるいは代わりに、過渡抑制デバイスを排除することは、電気回路の全体の信頼性をさらに高める。加えて、過渡抑制デバイスに印加されるストレスを減らすことにより、より小さいクランプ電圧がスイッチング動作中に生じ、それにより、過渡抑制デバイス配線における任意の寄生インダクタンスの影響をさらに最小限に抑えることができる。また、クランプ電圧を減らして過渡抑制デバイス配線における寄生インダクタンスの影響を最小限に抑えることにより、過渡抑制デバイスは、付加的なマイナスの誘起効果を伴うことなくSSPCの所定の形態から物理的に離れて位置付けられるべくより大きな自由度を有することができる。   Embodiments disclosed herein provide a method for operating an electrical circuit for controllably supplying power from a power source to an electrical load coupled via a solid state power controller. One advantage that can be realized in the previous embodiment is that the previous embodiment can operate with transient electrical property management that can be controlled during a switching event. Transient suppression devices are physically large, expensive and unreliable devices. Thus, by accurately controlling the transient electrical characteristics that are introduced during switching, the effects of transients can be shared between both the transient suppression device and the SSPC, and thus the required transient suppression device rating. It can be reduced or, in some cases, the required transient suppression device rating can be eliminated altogether. Eliminating lower rated transient suppression devices, or alternatively transient suppression devices, reduces weight and size requirements compared to conventional types of SSPC transient electrical property management systems. Further reducing the stress applied to the transient suppression device or, alternatively, eliminating the transient suppression device further increases the overall reliability of the electrical circuit. In addition, by reducing the stress applied to the transient suppression device, a smaller clamping voltage is created during the switching operation, thereby further minimizing the effects of any parasitic inductance in the transient suppression device wiring. . Also, by reducing the clamping voltage to minimize the effects of parasitic inductance in the transient suppression device wiring, the transient suppression device can be physically separated from certain forms of SSPC without additional negative inductive effects. Can have a greater degree of freedom to be positioned.

航空機構成要素を設計する際、扱うべき重要な因子は、サイズ、重量、および、信頼性である。電気回路を動作させるための提案された方法は、より低い重量、より小さいサイズ、性能の向上、および、高いシステム信頼性をもたらす。より少ない数の部品およびメンテナンスの減少は、より低い製造コスト、および、より低い動作コストをもたらす。重量およびサイズの減少は、飛行中の競争上の優位性に関連がある。   When designing aircraft components, important factors to deal with are size, weight, and reliability. The proposed method for operating electrical circuits results in lower weight, smaller size, improved performance, and higher system reliability. Fewer parts and reduced maintenance result in lower manufacturing costs and lower operating costs. Weight and size reductions are related to the competitive advantage in flight.

未だ説明されない範囲まで、様々な実施形態の異なる特徴および構造が望み通りに互いと組み合わせて使用されてもよい。1つの特徴が実施形態の全てにおいて示されない場合があることは、その特徴が示され得ないと解釈されるように意図されておらず、説明を簡単にするために行なわれる。したがって、異なる実施形態の様々な特徴は、新たな実施形態が明示的に記載されるか否かにかかわらず、新たな実施形態を形成するべく望み通りに混ぜ合わされて適合されてもよい。本明細書中に記載される特徴の全ての組み合わせまたは置換は、この開示によって網羅される。   To the extent not yet described, the different features and structures of the various embodiments may be used in combination with each other as desired. The fact that a feature may not be shown in all of the embodiments is not intended to be construed as not showing that feature, but is done for ease of explanation. Accordingly, the various features of the different embodiments may be mixed and adapted as desired to form new embodiments, whether or not new embodiments are explicitly described. All combinations or permutations of the features described herein are covered by this disclosure.

この書面による説明は、実施例を使用して、最良の態様を含む発明を開示するとともに、任意の装置またはシステムを形成して使用すること、および、任意の組み入れられた方法を実行することを含めて、任意の当業者が発明を実施できるようにする。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって規定され、また、当業者が想起する他の実施例を含んでもよい。そのような他の実施例は、それらが特許請求項の文字通りの言葉とは異ならない構造的要素を有する場合には、あるいは、それらが特許請求項の文字通りの言葉と実質的に異ならない等価な構造的要素を含む場合には、特許請求の範囲内に入るべく意図される。   This written description uses examples to disclose the invention, including the best mode, to form and use any apparatus or system, and to perform any incorporated methods. Enabling any person skilled in the art to practice the invention. The patentable scope of the invention is defined by the claims, and may include other examples that occur to those skilled in the art. Such other embodiments are equivalent if they have structural elements that do not differ from the literal words of the claims, or they do not differ substantially from the literal words of the claims. The inclusion of structural elements is intended to fall within the scope of the claims.

最後に、代表的な実施態様を以下に示す。
[実施態様1]
電気回路を動作させるための方法であって、
固体電力制御装置(14)により、コントローラ(34)から制御信号を受信するステップと、
前記制御信号(38)の受信に応じて、前記制御信号(38)に少なくとも部分的に基づき、第1の導通モードと第2の非導通モードとの間で固体電力制御装置(14)スイッチトグルを所定のスイッチング時間内で切り換えるステップと、
を備え、
前記第1のモードと前記第2のモードとの間で切り換える前記ステップは、前記所定のスイッチング時間よりも長い期間にわたって行なわれる、方法。
[実施態様2]
前記制御信号(38)に少なくとも部分的に基づいて、電圧制御される電流源を制御するステップをさらに備える、実施態様1に記載の方法。
[実施態様3]
前記電圧制御される電流源を制御する前記ステップは、前記電圧制御される電流源を所定期間にわたって線形導通モードで制御するステップをさらに含む、実施態様2に記載の方法。
[実施態様4]
前記第1のモードから前記第2のモードへの前記切り換えに起因する放熱を決定するステップをさらに備える、実施態様1に記載の方法。
[実施態様5]
放熱に少なくとも部分的に基づいて、前記期間を決定するステップをさらに備える、実施態様4に記載の方法。
[実施態様6]
前記制御信号(38)を受信する前記ステップは、決定された前記期間を受信するステップを含む、実施態様5に記載の方法。
[実施態様7]
前記固体電力制御装置(14)または過渡抑制デバイスのうちの少なくとも一方の熱障害閾値を決定し、前記閾値に少なくとも部分的に基づいて前記期間を設定するステップをさらに備える、実施態様5に記載の方法。
[実施態様8]
放熱を決定する前記ステップは、前記スイッチおよび過渡抑制デバイスによって放熱を決定するステップを含む、実施態様4に記載の方法。
[実施態様9]
前記放熱を決定する前記ステップは、放散によりもたらされる熱の量を前記制御装置(14)によって推定するとともに、前記固体電力制御装置(14)または前記過渡抑制デバイスのうちの少なくとも一方による放熱率を前記制御装置(14)によって推定するステップをさらに備える、実施態様8に記載の方法。
[実施態様10]
第2の制御信号を受信するステップと、
前記第2の制御信号の受信に応じて、前記第2の制御信号に少なくとも部分的に基づき、前記第2の導通モードと前記第1の導通モードとの間で固体電力制御装置スイッチトグルを所定の第2の期間中に切り換えるステップと、
をさらに備え、
前記第1および第2の制御信号に応じて、前記固体電力制御装置(14)スイッチを切り換えるための全サイクル時間は、電気負荷(16)の電力中断リセット時間よりも短い、実施態様1に記載の方法。
[実施態様11]
電気回路を動作させるための方法であって、
コントローラ(34)から、所定のスイッチング時間中に、第1の導通モードと第2の非導通モードとの間を切り換える固体電力制御装置(14)トグルへ制御信号(38)を供給するステップと、
前記第1のモードと前記第2のモードとの間で切り換えるために、前記制御信号(38)に少なくとも部分的に基づいて、前記固体電力制御装置(14)トグルを切り替えるステップと、
を備え、
前記第1のモードと前記第2のモードとの間で切り換える前記ステップは、前記所定のスイッチング時間よりも長い期間にわたって行なわれる、方法。
[実施態様12]
前記第1のモードから前記第2のモードへの前記切り換えに起因する放熱を前記コントローラによって決定するステップをさらに備える、実施態様11に記載の方法。
[実施態様13]
切り替える前記ステップは、前記放熱の前記決定に少なくとも部分的に基づいて、前記固体電力制御装置(14)を切り換えるステップをさらに備える、実施態様12に記載の方法。
[実施態様14]
決定する前記ステップは、前記固体電力制御装置(14)または過渡抑制デバイスのうちの少なくとも一方に適用される過渡的な電気的特性に起因する放熱を決定するステップをさらに備える、実施態様13に記載の方法。
[実施態様15]
放熱に少なくとも部分的に基づいて、前記期間を前記コントローラにより決定するステップをさらに備える実施態様14に記載の方法。
[実施態様16]
前記期間を決定する前記ステップは、前記固体電力制御装置(14)または前記過渡抑制デバイスのうちの少なくとも一方が熱障害閾値を満たすことを防止することに少なくとも部分的に基づいて、前記期間を決定するステップをさらに備える、実施態様15に記載の方法。
[実施態様17]
過渡抑制デバイスに印加される所望のクランプ電圧に少なくとも部分的に基づいて、期間を前記コントローラ(34)によって決定するステップをさらに備える、実施態様11に記載の方法。
[実施態様18]
電気回路を動作させるための制御システムであって、
第1の導通モードおよび第2の非導通モードで動作するように構成されるスイッチを有するとともに、電源を電気負荷に結合する固体電力制御装置(14)と、
コントローラ(34)であって、
前記固体電力制御装置(14)の温度を決定するように構成される温度構成要素(276)、
前記固体電力制御装置(14)のための動作基準の組を決定するように構成される基準構成要素(278)、および
前記温度構成要素(276)および前記基準構成要素(278)に少なくとも部分的に基づいて、前記固体電力制御装置(14)のスイッチを切り換えるためのタイミング値を決定するように構成されるタイミング構成要素(280)、
を備える、コントローラ(34)と、
を備える、制御システム。
[実施態様19]
前記コントローラ(34)は、前記固体電力制御装置(14)に対して通信可能に結合されるとともに、前記タイミング値を示す制御信号(38)を前記固体電力制御装置(14)に供給する、実施態様18に記載の制御システム。
[実施態様20]
前記固体電力制御装置(14)は、前記制御信号(38)に応じて、前記第1の導通モードと前記第2の非導通モードとの間で動作する、実施態様19記載の制御システム。
Finally, representative embodiments are shown below.
[Embodiment 1]
A method for operating an electrical circuit comprising:
Receiving a control signal from the controller (34) by the solid state power controller (14);
In response to receiving the control signal (38), a solid state power controller (14) switch toggle between a first conduction mode and a second non-conduction mode based at least in part on the control signal (38). Switching within a predetermined switching time;
With
The method, wherein the step of switching between the first mode and the second mode is performed over a period longer than the predetermined switching time.
[Embodiment 2]
2. The method of embodiment 1, further comprising controlling a voltage-controlled current source based at least in part on the control signal (38).
[Embodiment 3]
3. The method of embodiment 2, wherein the step of controlling the voltage controlled current source further comprises controlling the voltage controlled current source in a linear conduction mode for a predetermined period of time.
[Embodiment 4]
2. The method of embodiment 1, further comprising determining heat dissipation resulting from the switching from the first mode to the second mode.
[Embodiment 5]
5. The method of embodiment 4, further comprising determining the period based at least in part on heat dissipation.
[Embodiment 6]
6. The method of embodiment 5, wherein the step of receiving the control signal (38) comprises receiving the determined period.
[Embodiment 7]
6. The embodiment of claim 5, further comprising determining a thermal failure threshold for at least one of the solid state power controller (14) or a transient suppression device and setting the period based at least in part on the threshold. Method.
[Embodiment 8]
5. The method of embodiment 4, wherein the step of determining heat dissipation comprises determining heat dissipation with the switch and a transient suppression device.
[Embodiment 9]
The step of determining the heat dissipation estimates the amount of heat caused by the dissipation by the control device (14) and determines the heat dissipation rate by at least one of the solid state power control device (14) or the transient suppression device. Embodiment 9. The method of embodiment 8, further comprising the step of estimating by the controller (14).
[Embodiment 10]
Receiving a second control signal;
In response to receiving the second control signal, a solid state power controller switching toggle is predetermined between the second conduction mode and the first conduction mode based at least in part on the second control signal. Switching during the second period of
Further comprising
Embodiment 1 according to embodiment 1, wherein the total cycle time for switching the solid state power controller (14) switch in response to the first and second control signals is shorter than the power interruption reset time of the electrical load (16). the method of.
[Embodiment 11]
A method for operating an electrical circuit comprising:
Supplying a control signal (38) from a controller (34) to a solid state power controller (14) toggle that switches between a first conduction mode and a second non-conduction mode during a predetermined switching time;
Switching the solid state power controller (14) toggle based at least in part on the control signal (38) to switch between the first mode and the second mode;
With
The method, wherein the step of switching between the first mode and the second mode is performed over a period longer than the predetermined switching time.
[Embodiment 12]
12. The method of embodiment 11, further comprising the step of determining, by the controller, heat dissipation resulting from the switching from the first mode to the second mode.
[Embodiment 13]
13. The method of embodiment 12, wherein the step of switching further comprises switching the solid state power controller (14) based at least in part on the determination of the heat dissipation.
[Embodiment 14]
14. The embodiment of claim 13, wherein the step of determining further comprises determining heat dissipation due to transient electrical characteristics applied to at least one of the solid state power controller (14) or transient suppression device. the method of.
[Embodiment 15]
15. The method of embodiment 14, further comprising determining the period by the controller based at least in part on heat dissipation.
[Embodiment 16]
The step of determining the time period determines the time period based at least in part on preventing at least one of the solid state power controller (14) or the transient suppression device from meeting a thermal failure threshold. 16. The method of embodiment 15, further comprising the step of:
[Embodiment 17]
12. The method of embodiment 11, further comprising determining a period by the controller (34) based at least in part on a desired clamp voltage applied to a transient suppression device.
[Embodiment 18]
A control system for operating an electric circuit,
A solid state power controller (14) having a switch configured to operate in a first conduction mode and a second non-conduction mode and coupling a power source to an electrical load;
A controller (34),
A temperature component (276) configured to determine a temperature of the solid state power controller (14);
A reference component (278) configured to determine a set of operating criteria for the solid state power controller (14), and at least partially in the temperature component (276) and the reference component (278) A timing component (280) configured to determine a timing value for switching the switch of the solid state power controller (14) based on
A controller (34) comprising:
A control system comprising:
[Embodiment 19]
The controller (34) is communicatively coupled to the solid state power controller (14) and provides a control signal (38) indicative of the timing value to the solid state power controller (14). The control system according to aspect 18.
[Embodiment 20]
The control system according to embodiment 19, wherein the solid state power control device (14) operates between the first conduction mode and the second non-conduction mode in response to the control signal (38).

10 配電システム
12 発電機
14 固体電力変換器(SSPC)
16 電気負荷
18 第1の送信配線
20 第1のインダクタンス
22 第1の抵抗
24 第2の送信配線
26 第2のインダクタンス
28 第2の抵抗
30 スイッチング構成要素
32 過渡電圧抑制器(TVS)
34 コントローラ
36 電圧制御される電流スイッチ
38 制御信号
40 温度センサ
42 トランソーブ電流
44 VCCS電流
48 VCCS電圧降下
50 第1のグラフ
52 第2のグラフ
54 第3のグラフ
56 第1の信号
58 第2の信号
60 方法の開始
62 第2の時間
64 電力供給の瞬間的な停止
66 期間
68 電気スパイクの停止
70 第4のグラフ
72 第5のグラフ
74 スイッチング構成要素温度プロファイル
76 第6のグラフ
234 コントローラ
276 温度構成要素
278 基準構成要素
280 タイミング構成要素
10 Power Distribution System 12 Generator 14 Solid State Power Converter (SSPC)
16 Electric Load 18 First Transmission Wiring 20 First Inductance 22 First Resistance 24 Second Transmission Wiring 26 Second Inductance 28 Second Resistance 30 Switching Component 32 Transient Voltage Suppressor (TVS)
34 controller 36 voltage controlled current switch 38 control signal 40 temperature sensor 42 transsorb current 44 VCCS current 48 VCCS voltage drop 50 first graph 52 second graph 54 third graph 56 first signal 58 second signal 60 Method Start 62 Second Time 64 Momentary Stop of Power Supply 66 Period 68 Electric Spike Stop 70 Fourth Graph 72 Fifth Graph 74 Switching Component Temperature Profile 76 Sixth Graph 234 Controller 276 Temperature Configuration Element 278 Reference Component 280 Timing Component

Claims (10)

電気回路を動作させるための方法であって、
固体電力制御装置(14)により、コントローラ(34)から制御信号(38)を受信するステップと、
前記制御信号(38)の受信に応じて、前記制御信号(38)に少なくとも部分的に基づき、第1の導通モードと第2の非導通モードとの間で固体電力制御装置(14)のスイッチトグルを所定のスイッチング時間内で切り換えるステップと、
を備え、
前記第1のモードと前記第2のモードとの間で切り換える前記ステップは、前記所定のスイッチング時間よりも長い期間にわたって行なわれる、方法。
A method for operating an electrical circuit comprising:
Receiving a control signal (38) from the controller (34) by the solid state power controller (14);
In response to receiving the control signal (38), a switch of the solid state power controller (14) between a first conduction mode and a second non-conduction mode based at least in part on the control signal (38). Switching the toggle within a predetermined switching time;
With
The method, wherein the step of switching between the first mode and the second mode is performed over a period longer than the predetermined switching time.
前記制御信号(38)に少なくとも部分的に基づいて、電圧制御される電流源(36)を制御するステップをさらに備える、請求項1記載の方法。 The method of any preceding claim, further comprising controlling a voltage-controlled current source (36) based at least in part on the control signal (38). 前記第1のモードから前記第2のモードへの切り換えに起因する放熱を決定するステップをさらに備える、請求項1記載の方法。 The method of claim 1, further comprising determining heat dissipation resulting from switching from the first mode to the second mode. 放熱に少なくとも部分的に基づいて、前記期間を決定するステップをさらに備える、請求項3記載の方法。 The method of claim 3, further comprising determining the period based at least in part on heat dissipation. 前記制御信号(38)を受信する前記ステップは、決定された前記期間を受信するステップを含む、請求項4記載の方法。 The method of claim 4, wherein the step of receiving the control signal (38) comprises receiving the determined period. 前記固体電力制御装置(14)または過渡抑制デバイスのうちの少なくとも一方の熱障害閾値を決定し、前記閾値に少なくとも部分的に基づいて前記期間を設定するステップをさらに備える、請求項4記載の方法。 The method of claim 4, further comprising determining a thermal failure threshold for at least one of the solid state power controller (14) or a transient suppression device and setting the time period based at least in part on the threshold. . 放熱を決定する前記ステップは、前記スイッチおよび過渡抑制デバイスによって放熱を決定するステップを含む、請求項3記載の方法。 The method of claim 3, wherein the step of determining heat dissipation comprises determining heat dissipation by the switch and a transient suppression device. 電気回路を動作させるための制御システムであって、
第1の導通モードおよび第2の非導通モードで動作するように構成されるスイッチを有するとともに、電源を電気負荷(16)に結合する固体電力制御装置(14)と、
コントローラ(34)であって、
前記固体電力制御装置(14)の温度を決定するように構成される温度構成要素(276)、
前記固体電力制御装置(14)のための動作基準の組を決定するように構成される基準構成要素(278)、および
前記温度構成要素(276)および前記基準構成要素(278)に少なくとも部分的に基づいて、前記固体電力制御装置(14)のスイッチを切り換えるためのタイミング値を決定するように構成されるタイミング構成要素(280)、
を備える、コントローラ(34)と、
を備える、制御システム。
A control system for operating an electric circuit,
A solid state power controller (14) having a switch configured to operate in a first conduction mode and a second non-conduction mode and coupling a power source to an electrical load (16);
A controller (34),
A temperature component (276) configured to determine a temperature of the solid state power controller (14);
A reference component (278) configured to determine a set of operating criteria for the solid state power controller (14), and at least partially in the temperature component (276) and the reference component (278) A timing component (280) configured to determine a timing value for switching the switch of the solid state power controller (14) based on
A controller (34) comprising:
A control system comprising:
前記コントローラ(34)は、前記固体電力制御装置(14)に対して通信可能に結合されるとともに、前記タイミング値を示す制御信号(38)を前記固体電力制御装置(14)に供給する、請求項8記載の制御システム。 The controller (34) is communicatively coupled to the solid state power controller (14) and provides a control signal (38) indicative of the timing value to the solid state power controller (14). Item 9. The control system according to Item 8. 前記固体電力制御装置(14)は、前記制御信号(38)に応じて、前記第1の導通モードと前記第2の非導通モードとの間で動作する、請求項9記載の制御システム。 The control system according to claim 9, wherein the solid state power control device (14) operates between the first conduction mode and the second non-conduction mode in response to the control signal (38).
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